다단 수직형 식물공장 온실에서 순환팬 성능 및 미기후 비균일성의 평가

초록

다단 수직형 식물공장 온실은 토지 이용 효율을 향상시키고 연중 작물 생산을 가능하게 하기 위한 대안으로 점차 확대되고 있다. 그러나 고밀도 재배 랙과 작물 캐노피는 공기 흐름을 제한하여 공간적으로 비균일한 미기후 조 건을 형성할 수 있다. 이러한 비균일성은 국부적인 열 및 수분 축적을 초래하여 환경 제어 효율을 저하시킬 뿐 아니 라, 작 물 생 육 의 불 균 일 성 을 유 발 할 수 있 다 . 본 연구에서는 34개의 재배 랙과 상부 및 하부에 설치된 순환팬을 갖춘 상업 규모의 다단 수직형 식물공장 온실을 대상으로, 팬 성능과 미기후 비균일성을 실험적으로 평가하였다. 팬 출 구 유속, 온실 내 공기 유속, 기온, 상대습도(Relative Humidity)에 대한 현장 측정 및 전면창 개방 조건에서 팬 작동 (on/off) 비교 실험을 수행하였다. 그 결과, 상부에 설치된 10개 순환팬의 출구 유속(3.23－5.00 m/s)은 변동성이 크 게 나타났으며, 특히 90° 전환 구간에서 상대적으로 낮은 유속이 관찰되어 순환 경로를 따라 불균형한 유동 분포가 나타남을 확인하였다. 반면, 하부에 설치된 4개 팬은 보다 일관된 출구 유속(3.43－4.57m/s)을 보였으나, 34개의 재 배 랙에 비해 설치 수가 제한적이어서 공간적 커버리지를 확보하지 못한 것으로 나타났다. 지상 1.5m 높이에서 측 정된 실내 기온과 상대습도는 각각 변동계수 6.52%와 7.73%로 중간 수준의 공간적 비균일성을 보였으며, 중앙부 영역에서는 지속적으로 더 높은 기온과 더 낮은 상대습도가 나타났다. 센서 위치에서 측정된 온실 내 공기 유속은 0.08－0.21 m/s 범위로 나타났으며, 위치에 따라 국소 기류 세기의 차이가 존재함을 시사한다. 전면 창 개방 조건에 서 팬 작동은 평균 기온을 소폭 감소시키고 기온 및 상대습도의 공간적 변동성을 일부 완화하는 경향을 보였다. 이 는 완전한 균질화보다는 내부 공기 혼합의 제한적인 개선 효과를 나타내는 것으로 해석된다. 본 연구 결과는 향후 전산유체역학(CFD) 기반 해석 및 다단 수직형 식물공장 온실의 환경 제어 전략 고도화를 위한 기초 실측 자료로 활 용될 수 있다 .

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